Землетрясения амплитудой не выше шести баллов на Земле происходят каждый день — чаще всего в юго-восточной части планеты. Этим летом два толчка были зафиксированы и в Чёрном море: один недалеко от Туапсе, другой — в 60 километрах южнее Севастополя. Как в разные годы в Крыму строители пытались защитить здания от землетрясений, расскажем в новой серии из цикла «Истории в камне».
Эта модель демонстрирует, как во время землетрясения могут повести себя две многоэтажки. Справа — обычная, слева — с системой сейсмоизоляции. Прибор имитирует подземные толчки различной интенсивности. Такие сейсмоустойчивые конструкции получили в Севастополе название «дома на шариках». По-научному шарики — это эллипсоиды или стойки со сферическими торцами. Модель, которую в начале 70-х создал управляющий трестом «Севастопольстрой» Валентин Назин, сейчас хранит его сын Александр.
Пятиэтажка в один подъезд на улице Щербака. С виду дом как дом, и только металлический пояс на уровне фундамента выдает, что конструкция необычная. Заглянув внутрь с фонариком, можно увидеть эти цементно-песчаные шарики радиусом в три сантиметра.
Дом подвергали испытаниям и на этапе строительства. Качали, били по перекрытиям подвешенным к крану грузом, сейсмографы в это время описывали работу здания. Как вспоминают жильцы дома, лаборатория находилась тут же — в квартире на первом этаже. Стойки рассеивают энергию колебаний и возвращают здание в первоначальное положение. Все испытания дом выдержал, и эксперимент был признан удачным.
Через три года началось возведение еще двух домов на таком же сейсмоизолирующем основании на улице Дмитрия Ульянова. Внешне здания кажутся похожими, но отличаются этажностью и конструкцией фундамента.
«На Дмитрия Ульянова, 10 высота стоек уже стала 425 мм, а на Дмитрия Ульянова, 8 — там стойки уже в этаж, — поясняет Александр Назин. —Там решалась параллельная задача для того, чтобы использовать это пространство в виде этажа для магазина».
Железобетонные стойки со стальными сферами на торцах можно увидеть в торговом зале магазина, они расположены по всему периметру, но мало кто из покупателей обращает на них внимание. Высота этих стоек — уже 3,5 метра. Для сравнения, в соседнем 10-м доме — всего 42 сантиметра.
«Нижняя часть здания отделена от верхней при помощи сейсмоизолирующего пояса. То есть низ работает отдельно, верх работает отдельно», — объясняет президент Союза строителей Севастополя Александр Лившиц.
«Здесь предполагалось, что колебания будут гаситься за счет того, что дом при небольшой амплитуде как бы качнется слегка, проедет и остановится, то есть верхняя часть не разрушится», — показывает «шарики» Сергей Парфисенко, житель дома № 7 по улице Щербака.
Жители «дома на шариках» про его особенности знают и с удовольствием рассказывают другим. Родители Сергея Парфисенко получили здесь квартиру в 1972-м, сразу как пятиэтажку сдали.
«Еще учился в школе, застал землетрясение румынское, — вспоминает Сергей. — Не помню, какие годы, 80-е. Ощущалось, но ощущалось достаточно легко и интересно, т. е. качалась люстра, немножко позванивала посуда, и больше, к счастью, землетрясений на моей памяти не было, хотя, как говорится, раз в сто лет землетрясения ожидаются в Крыму».
Квартир здесь 10, все угловые, с двумя балконами, 50-60 квадратных метров. Ирина Миронюк переехала сюда в 2000 году, выбирала по планировке комнат и локации — хотелось жить в центре. Уже потом узнала от соседей, что дом экспериментальный, и таких в Севастополе всего три.
«Я вспомнила момент, 70-й год, когда мы с мужем жили на Камчатке, он у меня военный был, мы там служили. И мы перенесли сильнейшее землетрясение, больше шести баллов, поэтому я на себе знаю, что такое, когда люди выпрыгивают из окон, — говорит Ирина Миронюк. — Это зимой было в Петропавловске-Камчатском, и когда я узнала, что мой дом сейсмоустойчивый, мне тоже это бонус был».
Впрочем, поначалу жители ощущали, что дома реагируют на ветровую нагрузку и проезд тяжелой строительной техники: звенела посуда в шкафах.
«Если идет тяжелый самосвал, это примерно 1 балл. Если проходит трамвай, в городах, где есть трамвай, это примерно 2,5 балла. Поезд тоже дает свою сейсмическую волну, — говорит Александр Лившиц. — И это здание достаточно сильно вибрировало и шаталось, и жителям было не очень комфортно, и поэтому провели ряд мероприятий, чтобы это здание более жестко стояло на основании, посуда не тряслась».
«Там можно просто заблокировать легко разрушающимся раствором. То есть при ветровой нагрузке здание будет стационарно, а при сейсмонагрузке этот уплотнитель разрушается, и включается в работу система колебаний», — добавляет Александр Назин.
Севастополь находится в сейсмоопасной зоне.
На территории города возможны землетрясения амплитудой до 8 баллов, в Балаклаве — до 9 по 12-бальной шкале.
«Есть больше 100 участков на территории Севастополя, где происходят опасные геологические процессы: склонность к оползням и подобные опасные явления, — рассказывает Юрий Рапацкий, заведующий кафедрой «Строительство и землеустройство» СевГУ. — Если здание построить вблизи таких участков, то в случае землетрясения вероятность их повреждения возрастает».
В XX веке самым разрушительным для Крыма стало землетрясение 1927 года. Сильнее всего пострадала Ялта и поселки Южного берега, но досталось и Севастополю — в первую очередь селам в горной местности.
«Ялтинское землетрясение состояло из двух частей: первое — 26 июня, а второе — 12 сентября. Сентябрьская часть была более мощной. Источники описывают, что было множество разрушений: до 70% домов в Ялте было повреждено. Но когда пришли исследователи: геологи, историки, сейчас археологи, то количество домов, полностью разрушенных, их было гораздо меньше. Последние оценки: 50% домов были не разрушены, а повреждены», — говорит руководитель образовательной программы «География» филиала МГУ в Севастополе Екатерина Каширина.
Фотографии обвалившихся шпилей Ласточкиного гнезда стали символом Крымского землетрясения. Сентябрьский толчок силой в 9 баллов едва не погубил замок. Обрушилась часть скалы Аврора, на которой стоит Ласточкино гнездо, и разбитый на этом участке сад. Тем не менее, само здание не рухнуло и в таком аварийном виде простояло до конца 60-х, пока не началась реконструкция. Еще один знаменитый снимок — обвалившиеся детали Ханского дворца в Бахчисарае. Погибших в Крыму тогда было трое, раненых — 65. Ущерб в ценах 1927 года оценили в 30 миллионов рублей.
«Выстояли тогда в первую очередь дома, имевшие большую толщину стен, как, например, Лазаревское адмиралтейство, и сегодня есть эти Лазаревские казармы. Там толщина стен более метра. Выстояли маленькие одноэтажные дома, построенные из бутового камня на глине», — рассказывает Юрий Рапацкий.
Именно тогда в Крыму появились первые сейсмостанции, но подходы к строительству зданий изменились лишь спустя полвека — к 88-у году после землетрясения на северо-западе Армении. В Спитаке, ставшим центром землетрясения, интенсивность толчков достигала 10 баллов. А сейсмическая волна обошла планету дважды.
«Если смотреть на карту, то эти изосейсты, которые идут с Кавказа от Спитака, проходят дальше в сторону Крыма, — говорит Екатерина Каширина. — 11 баллов, по прогнозам, у нас, конечно, нет, но Южный берег как раз захватывает — там до 10 баллов, чуть меньше — 9,8. То есть мы являемся единым горным образованием».
Оно называется Крымско-Кавказская горная страна, и если до 88 года на картах сейсмического районирования полуостров находился в 6-7-бальной зоне, то после Спитакского землетрясения нормы изменились в сторону увеличения. Но, понятно, о том, как защитить постройки от разрушительных толчков, строители задумались не в XX веке.
Методы строителей прошлых веков
«В Херсонесе у нас явно видны прослойки, это более двух тысяч лет, там нижняя часть здания от верхней части отделена такой черепичной прокладкой. Почему у нас здание музея 1895 года пережило несколько землетрясений и прекрасно себя чувствует? — рассуждает Александр Лившиц. — Там был применен точно отточенный камень — там камни, прижатые друг к другу очень точно, без какой-либо бетонной связи. Или, например, крепость Каламита в Инкермане, ведь тоже башня стоит. А сколько ей лет? Сколько землетрясений прошло? Оказывается, она выдержала потому, что под самой башней находится пещера, то есть пустота. Именно в этой пустоте происходит гашение этих сейсмических усилий. Получается тоже как сейсмоизолирующее основание».
«Как вот раньше, например, в Азии делали и в других регионах: здание отделялось от основания демпфером. Что такое демпфер? Это гаситель колебания. Он должен на себя принимать нагрузку от колебаний и рассеивать их, — добавляет Алексей Атаманчук, преподаватель Севастопольского архитектурно-строительного техникума. — Использовали, например, глину, солому, но со временем это всё уплотнялось, и уже не было такого большого эффекта, как изначально».
Вообще первые сведения о землетрясениях на территории будущего Севастополя относятся к 480 году до нашей эры, известно, что тогда упали башни Херсонеса.
С того момента до настоящего времени в Крыму произошло 77 сильных землетрясений. Еще одно разрушительное явление в XIV веке описал византийский историк, монах Георгий Кедрин. Море вышло из берегов на 10 верст, толчки были такой силы, что изменилась вся прибрежная полоса Крыма. Береговые укрепления в Балаклаве, Гаспре, Алуште превратились в развалины. Возможно, тогда и родилась одна из легенд о горе Аю-Даг, что из моря в районе Фороса показался огромный медведь, который поплыл в сторону Ялты. Там он остановился и пил воду так жадно, что она бурлила.
«Скорее всего, эти летописи и легенды говорят, что у нас в Крыму было очень сильное землетрясение, сила была такая, что уже происходили изменения ландшафта, — полагает Алексей Атаманчук. — Горы, видно, какие-то отодвинул этот Медведь, а они, видимо, поднялись из-за того, о чем мы с вами говорим, что произошел наплыв друг на друга этих тектонических плит, и поднялись горы».
Строитель-изобретатель
Валентин Назин, проектируя свои экспериментальные дома, конечно, предварительно изучил историю крымских землетрясений. По своей природе он был изобретателем, а строителем стал, можно сказать, вынужденно. Еще в 17 лет Назин построил радиоуправляемую модель гусеничного трактора и тогда же в 1939 году стал участником Всесоюзной сельскохозяйственной выставки в Москве. Собирался выучиться на механика, но Великая Отечественная изменила планы.
«Отец начал войну рядовым, попал сразу в окружение под Вязьмой, и они оттуда вышли. Из 350 человек того подразделения, которое они создали для прорыва, в живых осталось девять человек, — рассказывает Александр Назин. — У него было три ранения. После первого его определили в учебное подразделение, дальше он переквалифицировался в танкисты и закончил войну под Кенигсбергом, тоже получил последнее тяжелое ранение, он уже был офицером».
После войны Валентина Назина отправили учиться на строителя, они тогда были нужнее механиков. Но и работая в строительной сфере, он внес больше 40 рацпредпредложений, защитил кандидатскую диссертацию по новому элементу — ферме-балке, получил звание заслуженного изобретателя Украинской социалистической республики. В 1967-м возглавил трест «Севастопольстрой». При Назине были построены заводы «Муссон» и «Парус», а проспект Генерала Острякова вышел к Балаклавскому шоссе. Город стремительно увеличивался, появлялись новые стройматериалы, технологии, но вопрос сейсмоустойчивости всегда оставался в числе самых актуальных.
«Самое неприятное, конечно, для здания — это когда длинная волна идет вдоль длинной стороны, и здание по своей длине начинает совершать волновые колебания, и при этом происходит еще такой эффект: конструкция работает на кручение, — объясняет Александр Назин, он тоже стал строителем. — Самая выгодная конструкция — это цилиндр, или квадрат, или прямоугольник, но не очень вытянутый. Чем компактнее здание, тем оно устойчивее само по себе».
Современные методы сейсмозащиты
Сейчас абсолютно все дома в Севастополе возводятся с учетом землетрясений амплитудой в 8 баллов. Если здание не отвечает требованиям по сейсмоустойчивости, Госэкспертиза отклонит проект. Но жителям старых домов беспокоиться тоже не стоит.
«Многие здания довоенные, дореволюционные, когда их восстановление происходило — все перекрытия выполнены из арморакушки, то есть это такое отдельное направление в строительстве, которое характерно только для Севастополя. То есть из той ракушки, из которой мы кладем стены, у нас во всем центре были выполнены перекрытия», — рассказывает Александр Лившиц.
В историческом центре приняты и ограничения по этажности, но даже для других районов города дома выше 17 этажей не проектируют. Основная застройка сейчас ограничивается 12-ю. В таких панельных домах, как например, в жилом комплексе „Новый» на Лабораторном шоссе, используются материалы повышенной прочности.
«В нашем случае была повышена марочная прочность бетона до класса В25, также использовалась в плитах перекрытия арматура преднапряженная марки АТ 800», — поясняет прораб строительной компании Владислав Ченский.
Понятно, что все это отражается на стоимости квадратного метра. Если возвращаться к конструкции „домов на шариках“, разработанной Валентином Назиным, то его система позволяла экономить на стройматериалах: использовать более низкий класс бетона, меньше применять арматуры — самого дорогого материала в конструкции зданий. Здесь же, когда дом сажают на обычный фундамент, получается, что весь верхний этаж представляет собой сплошной армопояс. Вообще методов достижения сейсмоустойчивости в мире много, и постоянно разрабатываются новые.
«Я бы хотел, чтобы Институт развития города взял эту эстафету от 70-х, продолжил ее, и это была бы такая фишка для всех севастопольских студентов и для всей страны, что в Севастополе развивается такое интересное и очень нужное для России направление как сейсмоустойчивость зданий и сооружений», — высказывает предложение президент Союза строителей Севастополя Александр Лившиц.
«Мы предлагаем на нашей базе создать такой кластер, где можно было бы ученым и специалистам разных научных учреждений, опытным практикам принять участие в таких системных исследованиях, которые позволили бы — мы не говорим о том, что можно предотвратить землетрясения — но по крайней мере можно было бы отслеживать, прогнозировать те процессы, которые происходят в природе», — говорит Юрий Рапацкий.
Предсказывать погоду человечество начало всего лишь полтора века назад. Прогнозировать, где и когда начнется землетрясение, все еще не умеем: нет приборов, которые могли бы работать в слоях земной коры и анализировать происходящие там процессы. А чаще всего очаги толчков находятся на глубине больше 10 километров. Но человечеству под силу разработать новые конструкции и материалы, в том числе с использованием наночастиц, чтобы повысить прочность и надежность сооружений.
Ольга Щирица, Виталий Козловский, Светлана Баева, Инна Худокормова
